[发明专利]一种回转窑焚烧炉数字孪生平台的设计方法

说明书

本发明属于固体废物处理领域，具体为一种回转窑焚烧炉数字孪生平台的设计方法，通过数值仿真的方法获得回转窑焚烧炉各物质内部浓度场和出口浓度数据，将相关数据汇总简化为可供机器学习的模拟仿真数据集。基于最小二乘支持向量机对模拟仿真数据进行学习，构建预测模型，实现对回转窑焚烧炉内部各物质浓度场以及出口物质浓度的预测。采用Python软件进行软件编程构建回转窑焚烧炉预测数字孪生平台，设计通用APP，直观简洁地显示了回转窑焚烧炉的预测数据，可在实际生产中为回转窑焚烧炉优化调控提供数据支持。

技术领域

本发明属于固体废物处理技术领域，具体为一种回转窑焚烧炉数字孪生平台的设计方法。

背景技术

随着社会的发展，人类的生产生活产生了大量的固体废物。固体废物成分复杂、污染严重，给社会发展和生态环境带来了严重负担。常见的固体废物处理方法有填埋处理、堆肥处理和焚烧处理。其中焚烧处理法通过焚烧炉使固体废物在炉中高温热解而达到处理的效果，能够快速的处理大量固体废物、彻底消除有害细菌和病毒。且在固体废物焚烧过程中会放出大量的热，这些热量可以进行有效回收实现节能减排。回转窑焚烧炉具有物料适应性好、可以同时处理多种相态废物、入炉尺寸要求不高、操作简单、易于控制等优点，因此被广泛应用于固体废物处理领域。但在工程实践中，回转窑焚烧炉也暴露出一些难以解决的问题。例如，不能很好的监控和分析回转窑焚烧炉的内部状态，难以针对性的调整参数解决污染物排放超标问题。

发明内容

数字孪生技术通过在虚拟空间中构建数字孪生体，将物理实体映射在虚拟空间中。虚拟空间的数字孪生体可以实时反映物理实体的各项特征，为物理实体提供信息数据的支撑和指导。而模拟仿真技术是创建和运行数字孪生体的核心技术，其可以在虚拟空间中完美复现物理实体的运行状态。

本发明的目的在于，为了克服现有技术中的上述难以监控和分析回转窑焚烧炉内部状态的问题，提出了一种回转窑焚烧炉数字孪生平台的设计方法，为回转窑焚烧炉优化调控提供数据支持。

为了达到上述要求，本发明所采取的技术方案是：

一种回转窑焚烧炉数字孪生平台的设计方法，包括以下步骤：

步骤a、建立回转窑焚烧炉的三维模型并进行网格划分；

步骤b、使用数值仿真软件COMSOL对不同运行工况下的回转窑焚烧炉进行模拟仿真；

步骤c、收集整理回转窑焚烧炉的模拟仿真数据，将模拟仿真数据整理成可供机器学习使用的模拟仿真数据集；

步骤d、建立最小二乘支持向量机预测模型，使用模拟仿真数据集对预测模型进行训练；

步骤e、使用Python设计回转窑焚烧炉数字孪生平台，实现回转窑焚烧炉内部浓度场和出口浓度的快速预测。

优选的，所述步骤a中，根据回转窑焚烧炉的实体尺寸，采用四面体网格对三维模型进行网格划分。

回转窑焚烧炉的物理模型包括圆柱型窑体以及进气口和进料口，在各个工况下进气和进料稳定输入且成分稳定，各工况下回转窑焚烧炉内的燃烧反应均在某一时刻达到稳定状态。根据回转窑焚烧炉的物理模型以及回转窑焚烧炉在全工况内的反应特性，为降低数值计算负荷，使数值模拟仿真能够顺利进行，对回转窑焚烧炉三维模型做如下简化，主要包括：

1)忽略进料口前端的预热装置，仅对回转窑焚烧炉进行建模；

2)假设固体废物成分稳定，忽略固体废物成分波动对燃烧的影响；

3)假设入窑时各风道空气和物料的初始速度和温度均匀分布；

4)回转窑焚烧炉内的气体视为理想气体。